浅析阴极保护在PCCP管道防腐中的应用

程飞

【摘要】PCCP（Prestressed Concrete Cylinder Pipe）是指预应力钢筒混凝土管，它是一种由薄钢板、高强度的钢丝和混凝土构成的复合型管材。发挥了几种材料的特性：钢材的拉伸性；混凝土抗压强度高、耐腐蚀，具有高密封、高强度、高抗渗的实用性。PCCP长期在地下土层中埋设，不可避免容易发生化学腐蚀的现象，必须要针对采用有效的防腐措施。阴极保护防腐技术可以减轻外部介质对PCCP中的钢质材料的腐蚀破坏。本文结合PCCP管道自身的结构特点，分析阴极保护技术对其的必要性以及具体的保护实施方案，为阴极保护技术 在PCCP管道防腐的推广应用提供参考。

【关键词】阴极保护；PCCP；防腐

PCCP目前在世界上的适用范围非常广泛，以抗震性能好、安装简便、运行成本低和使用寿命长为优点著称。近年来逐渐应用到供水、污水处理、发电厂水循环等管线范畴。虽然PCCP发挥了混凝土的抗压抗渗性能，但是由于在土质层中埋设，土壤中的活性離子与管道内部的钢质材料容易发生化学作用，导致钢丝被腐蚀破坏从而导致爆管。阴极保护技术目前发展的相当成熟，广泛的被应用到各种金属结构的防腐工程中。

1、引起PCCP被腐蚀的因素

金属材料具有高强度、抗变形的特性，但在自然环境的作用下无法避免的发生腐蚀问题，因其金属材质与环境中的分子互相结合作用产生化学反应。PCCP长期埋在土壤中，发生更多的是电化学腐蚀。PCCP管道的预应力钢丝外层包裹着砂浆，通常砂浆的水灰比例为0.28至0.3，砂浆本身的密度很大，能够有效阻止来自土壤和地层中有害物质的入侵，并且砂浆具有高碱性为高强钢丝提供了形成钝化膜的环境，起到保护钢丝和防止钢筒被腐坏。同时，砂浆也具有透气性，这就导致它表面存在一系列不同口径大小的细孔；在使用过程中管道自身受力膨胀也会引起砂浆的裂缝。所以，在氯离子含量高的环境中埋设管道，氯离子会透过这些气孔渗入到钢丝的表面从而导致发生电化学的腐蚀。腐蚀过程的产生的氢原子又会深入到钢丝结构中，假若引起一根钢丝的腐坏然后断裂，其他钢丝则要承受更多的外应力，容易发生多根钢丝的相继断裂，引发爆管的危险。这也是多项PCCP爆管事件发生的主要原因。

其他环境中也存在着引起腐蚀的因素，比如杂散电流和环境中的微生物。杂散电流指的是在土地中无规律性移动的电流，由它造成的腐蚀也是电化学腐蚀的一种情况，腐蚀程度受到外部电流大小的影响，比一般性的土壤腐蚀造成的破坏更大。在电气轨道、变电站等设施中发生的较多。而土壤环境产生腐蚀效果需要的条件更多，看似无法发生腐蚀动作的缺氧土壤中，其实更加有利于某些种类的微生物生长，它们的新陈代谢也会加速腐蚀的进程。

2、应用阴极保护技术在PCCP管道防腐中的条件

首先在施工前应当对环境的土壤和水进行取样调查，分析是否具备工程建设的价值，对于取样的具体地点都要做准确的记录，以便甄别出环境对PCCP的腐蚀范围和有哪些种类，为后续的具体方案实施提供参考。其次应当针对性的设计阴极保护的技术指标和保护方法，根据参数的选取、材料选取和保护准则，以及分析腐蚀性的范围种类作为参照标准进行相应的设计。阴极保护的实质上是将指阴极极化而发生作用效果，将还原性强的结构材料作为保护级，在进行阴极保护之后，金属的表面发生阴极反应让金属结构材料的碱度变高，保持其钝化的状态。在安装阳极之前，先要对表面进行检查是否存在其他氧化物质，并将其清理干净，再在安装好的阳极表面覆盖上一定厚度的土层将其保护，注意控制覆盖的厚度不能影响到PCCP的铺设，完全禁止往坑内回填其他物质。

阴极保护对于PCCP安装也有一定的要求。管道内部的钢筒、钢环等钢结构的物质都应该有电连接；其次在电缆的埋设、防腐蚀覆盖层的电绝缘、混凝土和砂浆的质量要求等方面都应该注意，避免出现杂散电流的侵入。复杂结构的构筑目标还要考虑到它的屏蔽作用，防治电流不均匀，PCCP管线进行定期的检测维修都有利后续的建设和正常运行。

3、阴极保护实施的必要性

管道在制造、存放、运输和安装过程中，无法保证不出现一些损伤，如表面沥青老化、出现裂缝等。通过应用阴极保护对其进行技术防腐，能够有效地防止出现损伤的地方产生电化学腐蚀、降低阴极保护需要的电流，达到让结构物表面的保护电位分布得更加均匀的效果。为了保障工程的质量以及正常安全的运行，避免受到地下水和环境土壤的因素影响，在PCCP管道全线使用阴极保护的方法尤为重要。阴极保护技术中的两种方法（牺牲阳极和阴极的保护法与外加电流的阴极保护）都是防止金属腐蚀的有效措施。

牺牲保护法是把一种负电位的金属同被保护的金属进行连接，让其处于相同的电解质环境当中，被保护的金属充当阴极作用，让连接的金属优先被溶解，然后产生的活性电子转移到了被保护的金属上，起到了保护的效果。外加电流的阴极保护是把直接电流用作是阴极保护的极化电流，把电源负极和需要保护的金属连接，将电源正极连接到辅助阳极上，把被保护的金属对象变成阴极实现保护的目的。

两种方法的目的性一致，达到了电流始终保持均匀，不容易造成过负的电位，让预应力钢丝出现断裂的可能性大大降低，对于土壤的电阻率依赖性很小，更加利于日常管理维修工作。

结语：

随着我国对水利建设事业的不断投入，在工程中应用最多的就是PCCP管材。南水北调工程中，北京段的PCCP管线段，穿越了整个市区，土壤环境也是极为复杂，由于埋深较大，就不具备在运行的过程再进行阴极保护措施，所以工程建设的初期设计显得至关重要，要考虑到各方面的因素影响，致使南水北调工程北京段开创了应用阴极保护技术的先例，收获了具体的施工经验。作为长期使用的PCCP管道，要保障其使用的寿命长度，还要安全的正常运行，阴极保护技术能够根本上的抑制一大部分腐蚀破坏的因素，增加安全性和可靠性。提高管道的使用寿命和有效利用率，也大大降低了运行后期的管理维修费用，值得更大的推广应用到PCCP管道工程建设中。本文对于阴极保护技术应用做了相关的分析，以期为同类工程提供有用的意见参考和借鉴。

参考文献：

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[2]胡超，张辉，任怀毅，王红.浅谈阴极保护技术在PCCP管道工程中的应用[J].河南水利与南水北调，2012，22：52-55.